Periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas

Gif animado Periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas

Aceite para publicação em 13 de outubro de 2017

Ficha Técnica Título

Periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas: gif animado

Autores

Anabela Estudante Professora Grupo 510, Agrupamento de Escola João de Deus, Faro João Pedro Estudante Lourenço Curso de Ciências e Tecnologias, 12º ano, Escola Secundária João de Deus, Faro

Submissão

11 de fevereiro de 2017

Publicação

13 de outubro de 2017

Publicação sob uma Licença Creative Commons da Casa das Ciências

Periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas: gif animado Apresentam-se duas imagens animadas (gif) que podem ser utilizadas nas aulas de Física do 11º ano para interpretar, no subdomínio “Sinais e ondas”, a periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas, permitindo assim que os alunos distingam estas duas noções. A meta de aprendizagem 1.10, “Associar o período e comprimento de onda a periodicidade temporal e periodicidade espacial da onda, respectivamente”, identifica ainda o desempenho que traduz os conhecimentos a adquirir neste subdomínio. A imagem que ilustra a periodicidade temporal poderá também ser utilizada no 8º ano na disciplina de Físico-Química, na leccionação dos “Fenómenos ondulatórios num meio material”, subdomínio “Som e ondas”.

Os manuais escolares e imagens disponibilizadas na internet, ao identificar o eixo das abcissas com posição ou o tempo e respectiva unidade (x/m ou t/s), fazem a distinção entre os dois tipos de periodicidade de uma onda. A prática letiva tem permitido verificar que, no entanto, os alunos, perante estas imagens estáticas, têm muita dificuldade em interiorizar a diferença entre os dois conceitos.

Para um número significativo de alunos, e apesar da identificação das abcissas com a grandeza tempo, a interpretação de uma imagem da periodicidade temporal de uma onda é de que uma partícula ou corpo se desloca da esquerda para a direita subindo e descendo ao longo do tempo.

A previsão da posição de uma partícula ao fim de um dado intervalo de tempo a partir da periodicidade espacial num dado instante é também uma tarefa que os alunos desempenham com grande dificuldade.

Perante estas dificuldades dos alunos procurou-se produzir uma imagem animada (gif) que ilustrasse adequadamente estes dois conceitos e que pudesse ser facilmente utilizada pelos professores nas aulas de FQA, numa apresentação de diapositivos, por exemplo.

Para ilustrar a periodicidade temporal considerou-se uma partícula em movimento oscilatório num eixo vertical, inicialmente na posição de equilíbrio. No gif animado a onda que traduz o movimento harmónico da partícula vai ser construída simultaneamente com o seu movimento no eixo y. A partícula nunca é representada sobre a onda para reforçar a distinção entre periodicidade espacial e temporal.

Figura 1 – Exploração da periodicidade temporal c “onda_periodicida_espacial.gif”.

a imagem animada

Figura 1 – Exploração da periodicidade temporal com a imagem “onda_periodicidade_temporal.gif”.

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Periodicidade temporal e espacial de ondas periódicas: gif animado Para ilustrar a distinção entre periodicidade espacial e periodicidade temporal, consideraram-se duas partículas que, em posições diferentes num eixo x, apresentam movimento oscilatório num eixo vertical. No gif animado é possível visualizar a onda no espaço à medida que as partículas em diferentes posições x oscilam em torno da sua posição de equilíbrio.

Figura 2 – Exploração da periodicidade espacial com a imagem “onda_periodicidade_espacial.gif”. É assim possível debater com os alunos que a representação da periodicidade espacial permite representar a posição das partículas num dado instante e que a sua posição na direção horizontal não se altera. Sendo a figura animada, pode ser explorado o movimento das partículas ao longo do tempo, reforçando que uma partícula não se desloca da esquerda para a direita, mas sim na vertical em torno da sua posição de equilíbrio.

As imagens utilizadas para construir os gifs animados foram geradas com a linguagem de programação Python, recorrendo às bibliotecas NumPy e Matplotlib. As imagens foram posteriormente carregadas no site GifMaker.me de modo a criar um gif animado.

Disponibiliza-se o código fonte utilizado para a criação das todas as imagens constituintes do gif, sendo assim possível efetuar alterações, entre outras, da posição das partículas, da amplitude máxima, ou da frequência, de acordo com as necessidades do utilizador.

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